(57)【要約】      （修正有）【課題】基板上のナノ構造間に配設される複数の基板開口を有するナノ構造化基板を提供する。【解決手段】所望の流体が基板に接触するとき、流体の少なくとも一部分が開口の少なくとも１つを通過される。第１実施形態では、流体をナノ構造に浸透させることによって流体を開口中を通過させる。第２実施形態では、基板が可撓性であって、このため、曲げ力や引き伸ばし力などの機械的な力が基板に付加されるとき、ナノポスト間の間隔または基板上のナノセルの直径が増大し液体がナノ構造に浸透する。別の実施形態では、水などの第１の流体が基板上のナノ構造に浸透するのを妨げられ、一方第２の流体は基板中の開口を経由して通過可能になる。【選択図】図１Ｅ
2005349558.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の開口を有する基板と、
前記基板の少なくとも第１の表面上に配設される複数のナノ構造とを備え、
前記複数の開口が、少なくとも第１の流体が前記ナノ構造に浸透するとき前記流体の少なくとも一部分が前記複数の開口のうちの少なくとも１つを通過するように、前記複数のナノ構造中の少なくとも一部分のナノ構造間に配設される、装置。
【請求項２】
前記少なくとも第１の流体が前記ナノ構造に浸透するように、前記ナノ構造と前記少なくとも第１の流体の間に電圧差を印加する電圧源をさらに備える、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記少なくとも第１の流体が前記ナノ構造に浸透するように、前記ナノ構造間の少なくとも第１の間隔を増大させる手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記少なくとも第１の流体が前記ナノ構造に浸透するように、前記ナノ構造の少なくとも第１の次元を増大させる手段をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも第１の次元が少なくとも第１のナノ構造の直径を含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記ナノ構造がナノポストを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記ナノ構造がナノセルを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
配設された複数のナノ構造をその上に有する基板と共に使用する方法であって、前記基板が前記複数のナノ構造中の少なくとも一部分の構造間に配設された複数の開口をさらに有し、
前記ナノ構造に関する少なくとも第１の次元が変化するような方法で前記基板の形状を歪ませる工程を含み、
前記少なくとも第１の次元が変化すると、前記ナノ構造上に配設された液体が、前記ナノ構造に浸透し、前記複数の開口の少なくとも一部分を通過する、方法。
【請求項９】
前記歪ませる工程が前記基板を引き伸ばし、あるいは曲げる工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ構造がナノポストを含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に、ナノ構造化またはマイクロ構造化表面、より具体的には、可変な透過率を有するナノ構造化またはマイクロ構造化表面に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの用途において多くの有益なデバイスまたは構造は、少なくとも１つの固体表面または基板と接触する液体または他の流体を有することによって少なくとも部分的に特徴付けられる。多くのこれらのデバイスおよび用途は、表面と接触しつつ移動する液体によって特徴付けられる。液体と表面の特性が液体と表面の界面を決定するので、液体とこれらの表面との相互作用の制御を実現するためにはこれらの特性を理解し制御することがしばしば望ましい。たとえば、液体が表面と接触するとき液体が受ける流れ抵抗を制御することがしばしば望ましい。液体または流体が極めて低い流れ抵抗を示す表面は、本明細書で超疎水性表面と呼ぶ。
【０００３】
図１Ａないし１Ｅに様々な方法を用いて製造された相異なる例示的な超疎水性表面を示す。具体的には、これらの図に、ナノポストおよび／またはマイクロポストとして知られる様々な直径および規則性の程度が様々な小さなポストを有する基板を示す。ナノポストおよびマイクロポストの例示的な製造方法は、その全体が本明細書に参照により組み込まれている、２００１年２月１３日に出願のトヌッキ（Ｔｏｎｕｃｃｉ）らの「ナノポスト・アレイおよびその作製方法（Ｎａｎｏｐｏｓｔ  ａｒｒａｙｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｓａｍｅ）」という名称の米国特許第６，１８５，９６１号に見られる。ナノポストは、様々なリソグラフィ手段および様々なエッチング方法による鋳型の使用などの様々な方法によって製作されてきた。
【０００４】
水などの液滴が、適切に設計されたナノ構造化またはマイクロ構造化フィーチャ・パターンを有する基板上に載置されるとき、この液滴が受ける流れ抵抗は、このようなナノ構造またはマイクロ構造を有さない基板に比べて大幅に減少する。このように適切に設計されたフィーチャ・パターンを有する表面は、ここで本明細書にその全体が参照により組み込まれるジェイ・キム（Ｊ．Ｋｉｍ）およびシー・ジェイ・キム（Ｃ．Ｊ．Ｋｉｍ）の「液滴ベースのマイクロ流体中の流れ抵抗を大幅に低下させるナノ構造化表面（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｄｒａｍａｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｌｏｗ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  Ｄｒｏｐｌｅｔ−ｂａｓｅｄ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）」というタイトルの文献、２００２年１月、ネバダ州ラス・ベガス、ＭＥＭＳ  ＩＥＥＥ会議４７９〜４８２頁、の主題である。この参考文献は、一般に、どのようにして所定のナノ構造フィーチャの表面を用いることによって、表面に接触する流体の流れ抵抗を大幅に低下させることができるかを説明している。具体的には、キム（Ｋｉｍ）の参考文献は、液体に接触する表面に微細なパターンを形成し、液体の表面張力の上述の原理を用いることによって、表面上に配設された液滴が図２に示すようにナノ構造化パターンの最上部上に担持される。図２を参照すると、（表面構造に応じた）適切な液体の液滴２０１の選択によって、液滴と下にある固体表面との間に接触せずに、ナノポスト２０３の最上部上に液滴２０１を浮遊させることができる。これによって、液滴と表面２０２の間の接触面積が極めて小さくなり（液滴は、各ポスト２０３の最上部でのみ接触する）、したがって流れ抵抗が低くなる。
【０００５】
多くの用途において、図２の表面２０２などの所与のナノ構造またはマイクロ構造表面への図２の液滴２０１などの所与の液体の浸透を制御してこの液体に及ぼされる流れ抵抗ならびに固体表面のぬれ性を制御することができることが望ましい。図３Ａおよび３Ｂに、電気ぬれを用いて液体のナノ構造化表面内への浸透を制御する本発明の原理による一実施形態を示す。このような電気ぬれは、その全内容が参照により本明細書に組み込まれている２００３年３月３１日に出願の「ナノ構造化またはマイクロ構造化表面上で液体の動きを制御する方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｌｉｑｕｉｄ  ｏｎ  ａ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ）」という名称の同時係属の米国出願第１０／４０３１５９号の主題の一部である。図３Ａを参照すると、上記で説明したように、導電性液体の液滴３０１が円錐状のナノポスト３０２のナノ構造フィーチャ・パターン上に配設されて、液滴３０１の表面張力が液滴をナノポスト３０２の上側部分に浮遊させるようにする。この構成では、液滴は各ナノポストの表面区域ｆ１のみを覆う。ナノポスト３０２は、導電性基板３０３の表面によって担持される。液滴３０１は、電源３０５を有する基板３０３にリード線３０４を介して例示的に電気接続される。図４に例示的ナノポストをより詳細に示す。この図面において、ナノポスト３０２は、誘電材料の絶縁層などの材料４０１によって液体（図３Ａ中の３０１）から電気絶縁される。このナノポストは、さらに、周知のフッ素重合体などの表面エネルギーの低い材料４０２によって液体から分離される。このような表面エネルギーの低い材料は、液体とナノポスト表面の間の適切な初期接触角を得ることを可能にする。２枚の分離した相異なる材料を使用する代わりに、表面エネルギーが十分に低く、絶縁性が十分に高い材料の単一層を使用できることは当業者には明白であろう。
【０００６】
図３Ｂに、たとえば、導電性液滴３０１に低電圧（たとえば、１０〜２０ボルト）を印加することによって、液体３０１とナノポスト３０２の間に電圧差が生じることを示す。液体とナノポスト表面の間の接触角は減少し、液滴３０１は、十分に低い接触角でナノポスト３０２の表面に沿ってｙ方向に下降し、ナノポスト３０２のそれぞれを完全に囲み基板３０３の上側表面に接触するまでナノ構造フィーチャ・パターンに浸透する。この構成で液滴は各ナノポストの表面区域ｆ２を覆う。ｆ２＞＞ｆ１なので液滴３０１とナノポスト３０２の間の全接触面積は比較的広く、したがって、液滴３０１が受ける流れ抵抗は図３Ａの実施形態におけるよりも大きくなる。すなわち、図３Ｂに示すように、液滴３０１はフィーチャ・パターンから液滴３０１を押しのけるのに十分な別の力が無い場合はナノ構造フィーチャ・パターンに対して効果的に静止する。このような制御は、本明細書にその全体が参照により組み込まれている２００３年３月３１日に出願の、「ナノ構造化表面上で液体の移動を可変的に制御する方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｖａｒｉａｂｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ａ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｏｎ  Ａ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ）」という名称の同時係属の米国出願第１０／４０３１５９号の主題の一部分である。
【０００７】
別の従来の試みでは、ナノポストまたはマイクロポストの代わりに独立セル型ナノ構造化またはマイクロ構造化表面が、１つまたは複数の表面のナノセルまたはマイクロセル内部の流体の圧力が減少するとこの表面上に配設された液体がこの表面に浸透し、それによって、たとえば、液滴の受ける流れ抵抗が増大するような方法で使用される。このような独立セル構造は、１つまたは複数のセル内部の圧を所望のレベル以上に増大させることによって、液体が、少なくとも部分的に、セルの外に出され元の未浸透の流れ抵抗の低い位置に戻る点で有利である。この方法によって、液滴が受ける流れ抵抗の所望のレベルを実現するために、液滴の表面内への浸透を変えることができる。このような可変な浸透は、やはり本明細書にその全体が参照により組み込まれている２００３年９月３０日に出願の「動的に調節可能なナノ構造化またはマイクロ構造化表面上の可逆的移行（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ）」という名称の同時係属の米国出願第１０／６７４，４４８号の主題の一部分である。
【特許文献１】トヌッキ（Ｔｏｎｕｃｃｉ）らの米国特許第６，１８５，９６１号「ナノポスト・アレイおよびその作製方法（Ｎａｎｏｐｏｓｔ  ａｒｒａｙｓ  ａｎｄ  ｐｒｏｃｅｓｓ  ｆｏｒ  ｍａｋｉｎｇ  ｓａｍｅ）」、２００１年２月１３日出願
【非特許文献１】ジェイ・キム（Ｊ．Ｋｉｍ）およびシー・ジェイ・キム（Ｃ．Ｊ．Ｋｉｍ）、「液滴ベースのマイクロ流体中の流れ抵抗を大幅に低下させるナノ構造化表面（Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ  ｆｏｒ  Ｄｒａｍａｔｉｃ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｆｌｏｗ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  ｉｎ  Ｄｒｏｐｌｅｔ−ｂａｓｅｄ  Ｍｉｃｒｏｆｌｕｉｄｉｃｓ）」、２００２年１月、ネバダ州ラス・ベガス、ＭＥＭＳ  ＩＥＥＥ会議、４７９〜４８２頁
【特許文献２】米国出願第１０／４０３１５９号、「ナノ構造化またはマイクロ構造化表面上で液体の動きを制御する方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ａ  Ｌｉｑｕｉｄ  ｏｎ  ａ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ）」、２００３年３月３１日出願
【特許文献３】米国出願第１０／４０３１５９号、「ナノ構造化表面上で液体の移動を可変的に制御する方法および装置（Ｍｅｔｈｏｄ  Ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  Ｆｏｒ  Ｖａｒｉａｂｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ  Ｔｈｅ  Ｍｏｖｅｍｅｎｔ  Ｏｆ  Ａ  Ｌｉｑｕｉｄ  Ｏｎ  Ａ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ）」、２００３年３月３１日出願
【特許文献４】米国出願第１０／６７４，４４８号、「動的に調節可能なナノ構造化またはマイクロ構造化表面上の可逆的移行（Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｓ  ｏｎ  Ｄｙｎａｍｉｃａｌｌｙ  Ｔｕｎａｂｌｅ  Ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  ｏｒ  Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ  Ｓｕｒｆａｃｅｓ）」、２００３年９月３０日出願
【特許文献５】米国特許出願第１０／８０３，６４１号、２００４年３月１８日出願
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記で説明したもののような従来の試みは、表面に接触している液体の流れ抵抗の低下または表面上のナノ構造間またはマイクロ構造間に液体を浸透させ、たとえば、この液体を下にある表面と接触させることに関与していた。しかし、本発明の発明者らは、このような流れ抵抗の低下またはこのような浸透の発生に加えて、ある状況において、液体または他の流体を、ナノ構造またはマイクロ構造を担持している基板を通過させることが望ましい場合があることに気が付いた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
したがって、我々は、ナノ構造化基板がナノ構造間に配設された複数の基板開口を有する複数のナノ構造を備える方法および装置を発明した。所望の流体が基板に接触すると、この流体の少なくとも一部分がこれらの開口の少なくとも１つを通過することができる。第１実施形態では、上記で説明したような方法によって流体をナノ構造に浸透させることによってこの流体に開口を通過させる。第２の実施形態では、基板が可撓性基板であり、曲げ力または引っ張り力などの機械的な力を基板に与えるとき、ナノポスト間の距離または基板上のナノセルの直径が増大する。このような増大によって、所望の液体がナノポストまたはナノセルに浸透できるようになり、したがって基板開口を通過できるようになる。最後に、第３の実施形態では、上記で説明したように、水などの第１流体が基板上のナノ構造に浸透するのを妨げられ、他方、蒸気やガスなどの第２流体は基板中の開口を経由して基板を通過できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図５にバッテリ中の電解質流体がバッテリが活性化されるまで電極から離されている図３Ａおよび図３Ｂの実施形態の一例を示す。このようなバッテリは、本明細書にその全体が参照により組み込まれている２００４年３月１８日出願の同時係属の米国特許出願第１０／８０３，６４１号の主題の一部分である。図５中、バッテリ５０１は、格納壁５０３を有する筐体内に収容された電解質流体５０２を有する。この電解質流体５０２は正極５０７に接触しているが、ナノ構造化表面５０７によって負極５０８から離されている。ナノ構造化表面５０７は負極の表面であってもよいし、あるいは、負極にボンディングされた表面でもよい。当業者なら、ナノ構造化表面をまた、正極に付随して使用して同様な有利な結果が得られることが判るであろう。図５では、電解質流体が、図３Ａの液滴と類似の、表面のナノポストの最上部上に浮遊している。バッテリ５０１は、たとえば、負荷５０６を有する電気回路５０５中に挿入される。電解質流体５０２が負極に接触していないときは、電解質とバッテリ５０１の電極５０４および５０８との間に実質的に反応が生じない。
【００１１】
図６に電気回路５０５内に挿入された図５のバッテリを示すが、上記で説明した電気ぬれの原理を利用してナノ構造化表面５０７に電圧を印加して、それによって、電解質流体５０２を表面５０７に浸透させ、負極５０８に電気接触させる。当業者ならこの電圧は、たとえば、バッテリに１つまたは複数のＲＦエネルギーのパルスを通過させることによって、任意の数の電源から発生させることができることが判るであろう。電解質のナノ構造中への浸透が生じるとき、電子は、上記で説明したように回路５０５を通って方向６０１に流れ始め、負荷５０６に電力が供給される。
【００１２】
一般的に定義されるように、「ナノ構造」は１マイクロメートル未満の少なくとも１つの次元を有する所定の構造であり、「マイクロ構造」は１ミリメートル未満の少なくとも１つの次元を有する所定の構造である。しかし、開示される実施形態はナノ構造およびナノ構造化表面に言及するが、多くの場合にマイクロ構造で置き換えることができることは本発明の発明者らによって企図されており、当業者には明白であろう。したがって、本発明の発明者らは、ここではナノ構造を１マイクロメートル未満の少なくとも１つの次元を有する構造ならびに１ミリメートル未満の少なくとも１つの次元を有する構造のどちらも含むものと定義する。「フィーチャ・パターン」という用語はマイクロ構造かまたはナノ構造のどちらかを指す。さらに、「液体」、「液滴（ｄｒｏｐｌｅｔ）」、および「液滴（ｌｉｑｕｉｄ  ｄｒｏｐｌｅｔ）」の用語は本明細書では同義的に使用される。これらの用語は、液滴の形状をしていてもいなくても液体または液体の一部分を指す。
【００１３】
図７Ａおよび７Ｂはそれぞれナノセル・アレイの立体図および上面断面図である。上記で本明細書に組み込んだ‘６４１号出願に記載されているように、このようなナノセル・アレイが図５中の電解質流体５０２などの液体のナノ構造化表面５０７の内と外への可逆的浸透を実現するために使用することができる。具体的には、ナノポストの代わりにいくつかの独立セル７０１、ここでは具体例として六角形断面のセルが、図７Ａおよび７Ｂに使用される。各セルはセルの内壁に沿って配設された、たとえば、電極７０２を有することができる。本明細書で用いられるように、独立セルという用語は、電解液などの液体が配設されるようにされた側を除き全ての側面が囲まれるセルとして定義される。このような独立セルはそのセル中に配設された液体を、たとえば、セル内部の圧力を増大させることによってセルから排出することができるという点で有利である。当業者なら、同等に有効な独立セル構成を実現するために、同等に有利な多くのセルの構成および幾何形状が可能であることが判るであろう。
【００１４】
本明細書において上述したもののような従来のナノ構造化表面は、一般に、図５および６のバッテリの実施形態の場合のように、ナノ構造上に配設された液体の流れ抵抗を低下させるため、および／または液体を所望の時間ナノ構造に浸透させ、下にある基板に接触させるために使用されてきた。しかし、本発明の発明者らは、多くの用途において、液体を選択的にナノ構造がその上に配設される下にある基板中を通過させることが望ましいことを発見した。このように液体を選択的に通過させるこのような表面の１つを図８に示す。具体的に、図８に、本発明の原理によるナノ構造化表面８０１を示すが、そこには下にある基板８０３を通過する複数の開口８０２がこの基板上のナノ構造８０４間に配設される。このナノ構造、ここではナノポストは、たとえば、直径３００ｎｍで高さ７ミクロンであり、開口は、たとえば、直径２ミクロンである。図８に示したものと類似の表面の様々な用途に多くの適切な寸法を選択できることは当業者なら判るであろう。同様に、ナノ構造は、ポリマー材料から製作された基板などの多くの適切な基板上に載置することができることも当業者なら判るであろう。したがって、本明細書において上記で構成し論じたように、液体が、図３Ａに示すようなナノ構造上に配設されるとき、この液体はナノ構造に浸透しない。しかし、液体がナノ構造に浸透させられ下にある基板８０３に接触させられるとき、この液体は、図３Ｂに示す例と同様に基板の開口を通過するであろう。
【００１５】
図９に、本発明の原理による図５に示したものと同様な、開口を有する表面が有利に使用されるバッテリの例示的な一実施形態を示す。図５を参照すると、具体的には、‘６４１号出願においてより完全に説明されるように、この図に表されたバッテリは、電極、たとえば、図５の負電極５０８の１つの表面上に複数のナノ構造を配設することによって部分的に製作される。しかし、このような電極上へのナノ構造の配設は、処理の難しさ、またはこのような表面の製造に伴うコストのため、望ましくないことがある。したがって、本発明の発明者らは、たとえば、ナノ構造をその上に作製するのに潜在的に安価、かつ／または技術的に容易である材料から、分離したナノ構造化表面を製作することが望ましいことを見出した。
【００１６】
したがって、図９に、どのようにして図８の表面がバッテリの用途内で使用され得るかを示す。具体的には、図９を参照すると電解質流体５０２がナノ構造によって電極５０８から再度分離される。しかし、電極５０８上に直接配設されるナノ構造の代わりに、図８に示すように、ナノ構造８０４が基板上８０３に配設され、基板８０３は、図８に示すように直接的にか、または間接的に電極５０８に取り付けられる。開口の寸法は、電解質がナノ構造８０４に浸透させられるとき、電解質は図２の開口８０２を通って基板８０３に浸透し、電極５０８に接触し、その結果、バッテリとの化学反応が開始するように選択される。‘６４１号出願により十分に説明されているように、ナノポストの代わりに図７Ａおよび７Ｂのナノセルを使用してもよいことは当業者なら判るであろう。このような場合、図７のセル７０１は、例示的に製作することができナノセルの両端に開口を有する。あるいは、単一の開口が複数のセルにわたることもできる。すなわち、たとえば、図９の電極５０８にナノセル・アレイを取り付けるとき、ナノポストが使用された場合と同様な結果が得られるはずである。具体的には、液体電解質をナノセルに浸透させるとき、液体はセルのすべての通路を通過し、電極５０８に接触して、その結果、バッテリとの化学反応が開始するように選択する。電極がセルの一端を完全に覆い、その結果、一端が開放され他端が電極表面への取り付けのため完全に密封された独立セル・アレイを効果的に作製するような方法でナノセル・アレイを例示的に電極に取り付けることができる。したがって、上記および‘６４１号出願により十分に説明したように、たとえば、セル内の圧力を増大させることによって電解質を所望の時間にセルから排出することができる。
【００１７】
図１０に図８のナノ構造化表面８０１を用いる本発明の原理による別の実施形態を示す。具体的には、図１０に示すように、液滴１００１が表面８０１に接触するとき、この液滴がナノ構造８０４の先端部に配設されたままになって、下にある基板８０３の上に浮遊するように基板８０３を設計する。したがって、液滴１００１はこのように配設されるので開口８０２を通過することはない。しかし、ある実装形態では、１００２方向に移動する液体または流体を基板８０３を通過できるようにすることが望ましいことがある。たとえば、耐液体性で通気性の衣服をこのような表面から作ることができるはずである。具体的には、デラウェア州ニューアークのダブリュー・エル、ゴア・アンド・アソシエーツ（Ｗ．Ｌ．Ｇｏｒｅ  ＆  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ）社によりゴアテックス（Ｇｏｒｅｔｅｘ（登録商標））という登録商標名で製造され発売されている耐水性で通気性のフッ化ポリマー繊維とほとんど同じ方法で、図１０に示す表面８０１を衣服の布の２層間に織り込みまたは他の方法で配設することができるはずである。このような衣服は、雨滴中の水などの液体がナノ構造に浸透するのを防ぎ、したがって下にある基板に浸透するのを防ぐ。すなわち、雨が方向１００３に移動し衣服着用者の肌に届くのを妨ぐはずである。しかし、雨が繊維に浸透するのを防ぐことは望ましいが、一方で、着用者から蒸発された汗などの他の流体は反対方向１００２に通過可能であることが望ましい。このような流体は、繊維中の開口１００４を方向１００２に容易に通過することができるはずである。したがって、耐水性で通気性の繊維がもたらされるはずである。
【００１８】
当業者なら、たとえば高性能水着などの他の衣類の用途に、このような繊維を有利に使用できるはずであることが判るであろう。近年、たとえば、プロの泳者が水中を移動する際に受ける抵抗を下げることができる低抵抗水着について多くの研究がなされてきた。上記で説明したように、ナノ構造化表面の１つの利点は、適切な構成にするとき、水などの液体とナノ構造化表面の間に極めて低い流れ抵抗を作ることができることである。したがって、図８の表面８０１は、水着の外側繊維として使用するとき、泳者が水中を移動する際、流れ抵抗を低くし、同時に、先に論じたように汗が繊維から出て行くことを可能にする。
【００１９】
図１１に、本発明の原理による別の実施形態を示すが、この場合、表面が曲げ力や引っ張り力などの機械的な力を受けるとき、液体がこの表面のナノ構造に浸透可能になるはずである。具体的には、基板１１０２のナノ構造化表面１１０８を可撓性ポリマー材料から製作する。本明細書の教示に鑑みて、様々なポリマー材料がこの目的のために役立つことは当業者には明らかであろう。図１１Ａを参照すると、ナノ構造１１０１の最上部、ここではナノポストが距離１１０５だけ離されている。先に論じたように、図１１Ａを参照すると、適切に選択された液体の液滴１１０４がナノ構造１１０１上に配設されるとき、液滴はこの構造の最上部に静止し、基板１１０２の上を浮遊する。しかし、図１１Ｂを参照すると、表面が１１０９方向に曲げられまたは引き伸ばされるとき、ナノ構造１１０１間の分離距離が距離１１０６まで増大する。したがって、この液体の表面張力は、液体に応じて変わる特定の分離間隔で、ナノ構造１１０１の先端部上に液体を保持するには不十分になるであろう。したがって、液体１１０４は、この特定の分離間隔でナノ構造１１０１間の１１０７方向に移動し基板に接触するであろう。先に論じたように、液体１１０４が基板１１０２に接触するとき、開口１１０３はこの液体の少なくとも一部分をこの基板を通過できるようにする。
【００２０】
図１１Ａおよび１１Ｂに示されたナノ構造化表面は、たとえば、液体を保持するように意図された容器に有用なことがある。具体的には、図１１Ａの表面１１０８などの表面をこのような容器の１つまたは複数の壁面の一部分に使用することができるはずである。この容器内の圧力が所望の圧力以下のとき、液体はナノ構造に担持され、したがって液体はこの表面を通過しないであろう。しかし、容器内の圧力が、所定のレベルになるとき、図１１Ｂの例のように、この表面は伸びナノ構造間の間隔は変わるであろう。すなわち、液体は、表面が引き伸ばされずナノ構造間の間隔の少なくとも一部分が復元される点まで、容器内の圧力が低下するまでナノ構造化表面を通過するであろう。このようにして、液体保持容器内の圧力を所望の圧力以下に維持することができる。
【００２１】
前記のことは本発明の単なる例示にすぎない。すなわち、当然のことながら、本明細書ではっきりと説明または図示していないが、本発明の原理に当てはまりその精神および範疇内にある様々な構成を当業者なら考案できるであろう。たとえば、本明細書の様々な実施形態の説明に鑑みて、当業者なら、本発明の原理が本質的に異なる技術分野および用途に幅広く使用できることが判るであろう。たとえば、本明細書で開示された透過性のナノ構造化表面を、燃料を所望の時間残りのシステムと分離させる故に燃料電池に有利に使用することができるはずであることは当業者なら判るであろう。当業者には他の用途も幅広く理解できるであろう。
【００２２】
本明細書で列挙した全ての例または条件的な言い回しは、明らかに、読者が本発明の原理を理解するのを支援する教育的な目的のためだけに意図されており、このような具体的に列挙した例および条件に限定するものではないと解釈すべきである。さらに、本明細書で本発明の態様および実施形態を列挙している全ての記述ならびにその具体例は、それらと機能的に同等なものを包含するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１Ａ】本発明に用いるのに適する予め規定されたナノ構造のナノ構造フィーチャ・パターンの従来技術の一例を示す図である。
【図１Ｂ】本発明に用いるのに適する予め規定されたナノ構造のナノ構造フィーチャ・パターンの従来技術の一例を示す図である。
【図１Ｃ】本発明に用いるのに適する予め規定されたナノ構造のナノ構造フィーチャ・パターンの従来技術の一例を示す図である。
【図１Ｄ】本発明に用いるのに適する予め規定されたナノ構造のナノ構造フィーチャ・パターンの従来技術の一例を示す図である。
【図１Ｅ】本発明に用いるのに適する予め規定されたナノ構造のナノ構造フィーチャ・パターンの従来技術の一例を示す図である。
【図２】液滴がナノ構造化フィーチャ・パターン上に配設される例示的な従来技術のデバイスを示す図である。
【図３Ａ】本発明の原理によるデバイスを示す図であり、電気ぬれの原理を用いてナノ構造フィーチャ・パターンに液滴を浸透させる。
【図３Ｂ】本発明の原理によるデバイスを示す図であり、電気ぬれの原理を用いてナノ構造フィーチャ・パターンに液滴を浸透させる。
【図４】図３Ａおよび３Ｂのナノ構造フィーチャ・パターンの例示的なナノポストの詳細を示す図である。
【図５】例示的な液体セル・バッテリを示す図であり、バッテリ中の電解質はナノ構造によって負極から離される。
【図６】図５の例示的なバッテリを示す図であり、バッテリ中の電解質をナノ構造に浸透させ、それによって、負極に接触させる。
【図７Ａ】例示的なナノセル・アレイを示す図である。
【図７Ｂ】例示的なナノセル・アレイを示す図である。
【図８】ナノ構造間に開口を有する、本発明の原理によるナノ構造化表面を示す図である。
【図９】図８の表面などの表面を有する図５のバッテリを示す図である。
【図１０】どのようにして流体を表面を通過可能にしながら同時に、液体が表面に浸透するのを防ぐために図８の表面を用いることができるかを示す図である。
【図１１Ａ】どのようにして表面を曲げ、あるいは引き伸ばすことによって流体をナノ構造化表面に浸透させることができるかを示す図である。
【図１１Ｂ】どのようにして表面を曲げ、あるいは引き伸ばすことによって流体をナノ構造化表面に浸透させることができるかを示す図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図１Ｅ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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